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1、10申请公布号CN104218780A43申请公布日20141217CN104218780A21申请号201410528364722申请日20141009H02M1/08820060171申请人上海理工大学地址200093上海市杨浦区军工路516号72发明人马立新费少帅张海兵徐镇乾74专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001代理人吴宝根54发明名称基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路57摘要本发明涉及一种基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，利用英飞凌公司生产的2ED020I12F2芯片设计新型的IGBT驱动模块，可以同时驱动逆变电路上下两个桥臂，三相桥式逆变电路。
2、仅用一组电源，分别经过降压芯片和DCDC电源模块的降压和隔离后，供给2ED020I12F2芯片作为控制电源和驱动电源，并且由2ED020I12F2芯片监控电源电压、IGBT工作电流，简化了电路，降低了成本，大大减小了装置体积。相比较传统驱动电路而言，不需要外接电流传感器得到过流信号再传送至驱动芯片关闭驱动输出，在一定程度上减小了电路设计的复杂性，电路设计得到简化，提高了系统的可靠性。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页10申请公布号CN104218780ACN104218780A1/1页21一种基于2ED。
3、020I12F2芯片的IGBT驱动电路，其特征在于，包括开关电源、降压芯片、DCDC模块电源、2ED020I12F2功率开关器件栅极驱动器，开关电源输出经过降压芯片得到控制信号电源，开关电源输出经过DCDC模块电源隔离降压后，输出正负两路驱动电源分别接至IGBT驱动电路中上下两个桥臂推挽输出电路的两个集电极；给两个定电平信号分别经过钳位二极管和高频滤波电容接2ED020I12F2芯片两个输入INHS引脚，2ED020I12F2芯片两个输出OUTHS引脚通过电阻连接至两个三极管组成的推挽电路，此推挽输出电压为正负两路驱动电源电压之间；2ED020I12F2芯片两个CLAMP引脚分别接两个OUTH。
4、S引脚，实时监测IGBT门极电压；2ED020I12F2芯片的VCC和VEE引脚分别检测控制信号电源、正负两路驱动电源上下门限电压。2根据权利要求1所述基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，其特征在于，所述两个三极管组成的推挽电路中两个三极管发射极之间串联二极管防止电流逆向导通，导致IGBT误导通。3根据权利要求1所述基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，其特征在于，所述2ED020I12F2芯片的DESATHS引脚检测流过IGBT电流，当DESATHS引脚检测电流过大时，2ED020I12F2芯片的引脚输出对应的检测信号到控制器，控制器根据引脚输出信号封锁PWM输出。。
5、权利要求书CN104218780A1/3页3基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路技术领域0001本发明涉及一种功率开关管驱动电路，特别涉及一种基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路。背景技术0002随着电力电子技术的发展，各种开关器件如POWERMOSFET、IGBT等功率开关器件得到越来越广泛的应用，由于IGBT具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断能力、开关频率高等特点，是目前发展最为迅速的新一代电力电子器件。其中IGBT的驱动和保护是其应用中的关键技术之一。0003目前大多数的驱动集成电路采用直接驱动或隔离驱动的方式。隔离驱动的集成驱动芯片，如EXB841系列TLP2。
6、50等，这种芯片的特点是只能驱动单个功率管，且每路驱动都要一组独立的电源，增加了电源电路和驱动电路设计的复杂性。0004IGBT作为产品核心部件，其驱动电路是否可靠安全关系着整个设备的运行，而驱动电路影响着IGBT的通态压降、开关损耗、承受电路电流电压时间及DUCE/DT等参数，决定了IGBT的静态与动态运行特性。在实际应用中要求动态驱动能力强，有足够的输入输出电隔离能力，驱动电路尽可能简单等。0005因此，致力于IGBT驱动电路及其应用电路的研究，研制出具有高性能的IGBT驱动电路，具有重要的理论意义和实际应用价值，将产生巨大的社会效益和经济效益。发明内容0006本发明是针对现在IGBT驱动。
7、电路仅能驱动单个功率管，并需要独立电源的问题，提出了一种基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，利用英飞凌公司生产的2ED020I12F2芯片设计新型的IGBT驱动模块，可以同时驱动逆变电路上下两个桥臂，三相桥式逆变电路仅用一组电源即可，简化了电路，降低了成本。0007本发明的技术方案为一种基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，包括开关电源、降压芯片、DCDC模块电源、2ED020I12F2功率开关器件栅极驱动器，开关电源输出经过降压芯片得到控制信号电源，开关电源输出经过DCDC模块电源隔离降压后，输出正负两路驱动电源分别接至IGBT驱动电路中上下两个桥臂推挽输出电路的两。
8、个集电极；给两个定电平信号分别经过钳位二极管和高频滤波电容接2ED020I12F2芯片两个输入INHS引脚，2ED020I12F2芯片两个输出OUTHS引脚通过电阻连接至两个三极管组成的推挽电路，此推挽输出电压为正负两路驱动电源电压之间；2ED020I12F2芯片两个CLAMP引脚分别接两个OUTHS引脚，实时监测IGBT门极电压；2ED020I12F2芯片的VCC和VEE引脚分别检测控制信号电源、正负两路驱动电源上下门限电压。0008所述两个三极管组成的推挽电路中两个三极管发射极之间串联二极管防止电流逆向导通，导致IGBT误导通。0009所述2ED020I12F2芯片的DESATHS引脚检测。
9、流过IGBT电流，当DESATHS引脚检说明书CN104218780A2/3页4测电流过大时，2ED020I12F2芯片的引脚输出对应的检测信号到控制器，控制器根据引脚输出信号封锁PWM输出。0010本发明的有益效果在于本发明基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路，可以同时驱动逆变电路上下两个桥臂，三相桥式逆变电路仅用一组电源即可，大大减小了装置体积，简化电路，降低成本。相比较传统驱动电路而言，不需要外接电流传感器得到过流信号再传送至驱动芯片关闭驱动输出，在一定程度上减小了电路设计的复杂性，电路设计得到简化，提高了系统的可靠性。附图说明0011图1为本发明中降压芯片LM275HVBU。
10、CK工作原理图；图2为本发明QA04电源隔离输出芯片工作原理图；图3为本发明基于2ED020I12F2的IGBT驱动电路图；图4为本发明PWM输出波形图。具体实施方式0012本发明使用的芯片是德国英飞凌公司生产的2ED020I12F2芯片，2ED020I12F2是一种双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器，具有自举浮动电源，驱动电路简单，驱动芯片同时驱动逆变电路上下桥臂，并且其本身有考虑死区时间。当芯片正常工作时，上下桥臂所需的脉冲信号分别发送至第2引脚INHS和第12引脚INLS即可正常驱动上下桥臂。0013IGBT的CE间的电流大小基本上与CE间的电压成正比。由于2ED020I12F。
11、2芯片的第20引脚DESATLS和第30引脚DESATHS可以检测开关管IGBT的CE间电压UCE，所以通过检测UCE就可以判断IGBT是否有过流。当DESATXX引脚电压超过9V时，关闭驱动输出，这样保证IGBT不至于过热而烧坏。为了不引起误保护，器件还设计消隐时间电路，它是利用器件内部高精度恒流源与外部电容实现的。0014本发明所用的驱动芯片涉及到15V、5V、8V三种电压，通过开关电源及降压芯片可以很容易得到。本设计采用单电源15V供电设计，其中2ED020I12F2芯片的第7引脚VCC1HS和第17引脚VCC1LS采用5V供电，由LM275HVBUCK降压芯片得到5V作为控制信号电源，。
12、如图1所示。驱动输出级采用15V和8V两路供电，开关电源输出经过DCDC模块电源后，输出15V和8V分别接至推挽输出电路的两个集电极，由带隔离变压器功能的隔离电源得到,这样使得控制信号和电源供电都实现了前后级的电隔离。图2为通过QA04电源隔离输出芯片得到的15V、8V电压原理图，QA04是专为IGBT驱动器而设计的DCDC模块电源，具有两组电源隔离的特点，比常规电源产品带更大容性负载并且具有更小的隔离电容和更高的隔离电压。0015图3是基于2ED020I12F2的IGBT驱动电路原理图。2ED020I12F2应用无芯变压器技术隔离信号侧与功率侧，集成了如监测欠压锁定、看门狗、硬关断、软关断、。
13、差分输入、轨对轨输出、VCE过饱和检测、有源米勒钳位等功能。0016以下说明均以导通上桥臂工作为例。2ED020I12F2的输入模式可分两种，一种为说明书CN104218780A3/3页5正向输入即高电平有效，这时需要把INHS脚接低电平。另一种为反向输入即低电平有效，这时需要把INHS脚接高电平。在电平信号输入时，内部由最小脉冲宽度限制，这样会消除高频脉冲干扰。0017图3电路中由IN_T1脚信号经过钳位二极管D7和D10后输入2ED020I12F2，其中IN_T1脚为驱动板接插件从外部输入信号PWM1,具体可从图3中识别出,两个二极管可以使输入电压钳位在05V的范围内，电容C6对输入信号有。
14、高频滤波的作用。OUTHS输出通过R7连接至三极管T1与T2组成的推挽电路，此推挽输出电压为8V15V，输出电流最大时可达16A，驱动能力很大。其中，T1、T2发射极之间串联二极管D9防止电流逆向导通，导致IGBT误导通。00182ED020I12F2根据IN_T1脚输入给定的电平信号，决定输出的脉冲波形，同时监测IGBT的CE两端电压值。在正常情况下，脚输出高电平，RDYHS脚输出高电平，三极管T3导通，则发光二极管LED0点亮，表明芯片正常工作。0019如果有短路或者很大的电流流过IGBT，IGBT会进入欠饱和状态，电压迅速上升。当DESATHS脚监测到电压值高于9V时，芯片迅速封锁驱动输。
15、出，软关断IGBT，以防止DI/DT快速上升产生较高电压；同时触发器件内部的反馈通道使输出为低电平，通知控制器封锁PWM输出。0020为了确保IGBT可靠地开通与关断，2ED020I12F2对供电电压进行检测，当VCC1HS的电压低于门限电压VULOL1的值或者VCC2HS低于VULOL2的值，芯片会自动停止工作，处于锁定状态。芯片也会通过看门狗监测内部信号，判断信号传输是否正常。通过观察发光二极管LEDO来判断RDYHS引脚的输出状态，得知芯片工作是否正常。00212ED020I12F2的输出为推挽方式，内部MOSFET管压降很低，所以降低了最大电流输出时的功耗，提高了器件应用的可靠性。00。
16、22IGBT的结构决定了在IGBT的CG与GE间存在一电容UCE，虽然电容容量很小，但是如果在半桥结构中打开下桥IGBT时会引起上桥IGBT二极管DUCE/DT的变化，因为IGBT的CG之间存在一电容CCG，那么此时会产生电流ICECCGDUCE/DT。电流ICE通过MILLER电容CCG、门极电阻、CGE构成电流回路,当CGE上的电压大于IGBT的开通电压就会引起IGBT导通，从而引起上下管同时导通的极端情况。为了消除米勒效应，可以通过CLAMP引脚实时监测IGBT门极电压，当GE间的电压超过2V时，器件会自动打开内部MOSFET，以便使CGE电荷迅速释放，这就是米勒钳位电路。0023图4是通过实际运行得到的输出脉冲波形图。根据本发明基于2ED020I12F2芯片的IGBT驱动电路设计，能够运用于1200V的IGBT驱动，通过观察本发明输出波形，可以清楚地看到本发明能够正常的驱动IGBT开关管，满足实际需求，解决实际问题。说明书CN104218780A1/3页6图1图2说明书附图CN104218780A2/3页7说明书附图图3CN104218780A3/3页8图4说明书附图CN104218780A。